专题4.7 含有图像的物理中考综合计算题
1.会分析速度时间图像,根据获得的有用信息,结合公式v=s/t及其变形,进行相关物理量的求解。
2.会分析物距焦距关系图像,根据获得的有用信息,结合凸透镜成像规律,正确运用不等式解法,进行相关物理量的求解。
3.会分析质量与体积关系图像,根据获得的有用信息,结合公式ρ甲=m/V及其变形,进行相关物理量的求解。
4.会分析压强与液体深度关系图像,根据获得的有用信息,结合公式P=ρgh、F浮=ρ水gV排及其变形,利用数学体积公式,进行相关物理量的求解。
5.会分析图像,根据获得的有用信息,结合功、功率公式及其变形,进行相关物理量的求解。
6.会分析温度时间图像,根据获得的有用信息,结合热量公式及其变形,进行相关物理量的求解。
7.会分析电压与电流关系图像,根据获得的有用信息,结合公式I=U/R及其变形,进行相关电学物理量的求解。
类型1:s-t或者v-t图像
【例题1】甲、乙两车分别在同一直线上的M、N两点(M、N间距为20米),同时相向做匀速直线运动,它们的图象分别如图(a)和(b)所示。若甲、乙的速度分别为v甲、v乙,经过t秒,甲、乙相距10米。则( )
A.v甲<v乙,t一定为10秒 B.v甲<v乙,t可能为30秒
C.v甲=v乙,t可能为10秒 D.v甲=v乙,t可能为30秒
【答案】B
【解析】根据图甲和图乙读出对应的路程和时间,然后根据速度公式即可求出甲、乙的
速度;经过t秒,甲、乙相距10米时有两种情况:一种是甲乙两车未相遇时相距10m,
二是相遇以后相距10m。据此根据路程相等,利用速度公式列出等式求解。
(1)由图象可得:
甲的速度v甲===0.4m/s;
乙的速度v乙===0.6m/s,
故v乙>v甲;
(2)根据题意可知,经过t秒,甲、乙相距10米时有两种情况:一种是甲乙两车未相遇时相距10m,二是相遇以后相距10m。
故可得:v甲t+v乙t=10m或v甲t+v乙t=10m+20m=30m,
代入数值可得:0.4m/s×t+0.6m/s×t=10m或0.4m/s×t+0.6m/s×t=20m+10m,
解得t=10s或t=30s,即t可能为10s,也可能为30s。
综上分析可知,选项ACD错误,B正确。
类型2:像距v和物距u的关系图像
【例题2】如图所示是某凸透镜成实像时,像距v和物距u的关系图像。认真分析图像中有关数据可知 ( )
A.该凸透镜的焦距为10cm B.当物距u=30cm时,像距v=15cm
C.物距增大时,像距也增大 D.当物距u=15cm时,成的是缩小的像
【答案】A
【解析】抓住关键点,即u=20cm时,v=20cm。这时u=v=2f=20cm,解出f=10cm.
A.由图象可知,u=v=2f=20cm,所以凸透镜的焦距是10cm,故A正确;
B.当物距u=30cm>2f=20cm时,2f>v>f,即20cm>v>10cm,故B错误;
C.凸透镜成实像时,物距增大时像距减小,故C错误;
D.当物距u=15cm,此时2f>u>f,成倒立放大的实像,故D错误.答案:A
类型3:质量和体积的关系图象
【例题3】甲、乙两种物体的质量和体积的关系图象如图所示,则甲、乙两物体的密度之比是( )
A.8:1 B.4:3 C.4:1 D.2:1
【答案】A
【解析】由图象可知,当V甲=1cm3时,m甲=8g;当V乙=4cm3时,m乙=4g,
则两种物体的密度分别为:
ρ甲=8g/cm3,
ρ乙=1g/cm3,
则ρ甲:ρ乙=8g/cm3:1g/cm3=8:1。
类型4:压强与液体的深度的变化关系图像
【例题4】将一底面积为0.01m2的长方体木块用细线栓在个空容器的底部,然后向容器中缓慢加水直到木块上表面与液面相平,如图甲所示,在此整个过程中,木块底部受到水的压强随容器中水的深度的变化如图乙所示,则木块所受到的最大浮力为 N,木块重力为 N,细线对木块的最大拉力为 N.(g取10Nkg)
【答案】15;9;6
【解析】(1)根据图象可知,木块刚刚漂浮时,木块浸入水中的深度为L1=9cm;由于从9cm到16cm,木块一直处于漂浮,浸入水中的深度不变;当水面的高度为16cm时细线刚好张紧,线的拉力为零;直到木块上表面与液面相平,此时水面的高度为22cm;
所以木块的高度:L=9cm+(22cm﹣16cm)=15cm=0.15m;
则木块的体积:V木=S木L=0.01m2×0.15m=1.5×10﹣3m3,
木块全部淹没时受到的浮力最大为:
F浮=ρ水gV排=ρ水gV木=1×103kg/m3×10N/kg×1.5×10﹣3m3=15N。
(2)由图象可知,木块刚刚漂浮时木块底部受到水的压强为900Pa,
则木块的重力与水向上的压力(浮力)平衡,
所以,木块重力:G=F向上=p向上S=900Pa×0.01m2=9N;
(3)直到木块上表面与液面相平时,木块受到的浮力最大,
由力的平衡条件可得,细线对木块的最大拉力为:
F拉=F浮﹣G=15N﹣9N=6N。
类型5:图像在机械功计算问题
【例题5】若轿车以90kW的恒定功率启动做直线运动,运动过程中受到的阻力不变,运动的速度v与时间t的关系如图甲所示.则在20﹣25s时间内,轿车运动的距离是 m,该过程发动机做的功是 J,轿车在运动过程中受到的阻力是 N.
【答案】150;4.5×105;3000.
【解析】由图象可知,在20﹣25s时间内,轿车运动的速度为30m/s,则轿车运动的距离s=vt=30m/s×5s=150m;
因轿车以90kW的恒定功率启动做直线运动,所以轿车发动机做功W=Pt=9×104×5J=4.5×105J;轿车运动过程中受到的阻力f===3000N.
类型6:时间温度图像
【例题6】甲、乙两物体的质量之比为4:1,用两个相同的酒精灯分别给它们加热,(设酒精燃烧放出的热量全部被甲和乙吸收)。如图所示为甲、乙两物体的温度随时间的变化曲线,若甲的比热容为0.42×103J/(kg·℃),则乙的比热容是多少?
【答案】 3.36×103J/(kg•℃)
【解析】m甲:m乙=4:1,Q甲=Q乙,C甲=0.4×103J/(kg•℃),
由图看出:经过4分时,△t甲=60℃-20℃=40℃,△t乙=60℃-40℃=20℃.
根据Q=Cm△t得:C甲m甲△t甲=C乙m乙△t乙,C乙=3.36×103J/(kg•℃)
类型7:I﹣U图象
【例题1】电阻R1与R2的I﹣U图象如图所示。当R2上的电压为1.5V时,R2的阻值是 Ω;若将它们并联连接到电压为2.5V的电源上,则干路的电流是 A。
【答案】10;0.7
【解析】电阻R2的函数图象是一条过原点的曲线,所以通过的电流跟它两端所加电压不成正比。
当U2=1.5V时,通过它的电流I2=0.15A,由欧姆定律可得:
R2=U2/I2=1.5V/0.15A=10Ω。
电阻R1的函数图象是一条过原点的直线,所以通过的电流跟它两端所加电压成正比。
当U1=1V时,通过它的电流I1=0.2A,由欧姆定律可得:
R1=U1/I1=1V/0.2A=5Ω。
将它们并联连接到两端电压为2.5V的电路中时,由图象中可知:R2电流为0.2A,
通过R1的电流:
I1′= U1′/R1 =2.5V/5Ω=0.5A,
则通过干路的电流大约是0.2A+0.5A=0.7A。
一、选择题
1.甲、乙两物体,同时从同一地点沿直线向同一方向运动,它们的 s - t 图象如图所示。下列说法正确的是( )
A.2 ——4 s 内乙做匀速直线运动
B.4s 时甲、乙两物体的速度相等
C.0 ——4 s 内乙的平均速度为2m/s
D.3s 时甲在乙的前方
【答案】 C
【解析】(1)沿着直线快慢不变的运动叫匀速直线运动,判断2~4s内乙速度的变化即可;
(2)4s时二者的路程相同,比较时间的大小判断速度;
(3)平均速度等于路程与对应时间的比值;
(4)当时间相同时路程长的在前方。
A.2——4s内乙的路程保持8m不变,说明他处于静止状态,故A错误;
B.4s时乙的速度是0m/s,甲的速度为:
故B错误;
C.0——4s内乙的路程为8m,平均速度为:
故C正确;
D.3s时甲的路程小于乙的路程,所以甲在乙的后面,故D错误。故选C。
2.如图是某凸透镜成实像时,像距v和物距u的关系图像。分析图像中有关数据可知 ( )
A.该凸透镜的焦距为10cm B.当物距u=30cm时,像距v=15cm
C.物距增大时,像距也增大 D.当物距u=15cm时,成的是缩小的像
【答案】A
【解析】本题考查凸透镜成像的规律以及运用图像给出的信息解决问题的能力。抓住关键点,即u=20cm时,v=20cm。这时u=v=2f=20cm,解出f=10cm.收集信息和处理信息能力的试题是今后中考的热点。是创新能力培养的重要举措。
A.由图象可知,u=v=2f=20cm,所以凸透镜的焦距是10cm,故A正确;
B.当物距u=30cm>2f=20cm时,2f>v>f,即20cm>v>10cm,故B错误;
C.凸透镜成实像时,物距增大时像距减小,故C错误;
D.当物距u=15cm,此时2f>u>f,成倒立放大的实像,故D错误.
3.小明利用天平和量杯测量某种液体的密度,得到的数据如下表,他根据实验数据绘出的图像如图所示.则量杯的质量与液体的密度分别是 ( )
A.20 g 0.8×103 kg/m3 B.60 g 0.8×l03 kg/m3
C.60 g 1.0×103 kg/m3 D.20 g 1.0×103 kg/m3
【答案】D
【解析】(1)图象的横轴表示液体的体积,纵轴表示液体与量杯共同质量,当液体体积等于0时,质量就只有空量杯的质量了,由图象知,空量杯的质量m=20g.(2)该液体的密度是ρ液体=m液体/V液体=20g/20cm3=1g/cm3 =1.0×103 kg/m3
4.在如图所示的甲图中,石料在钢绳拉力的作用下从水面上方以恒定的速度下降,直至全部没入水中。图乙是钢绳拉力随时间t变化的图像。若不计水的摩擦力,则可算出该石料的密度为( )
A.石料的重为1400N B.石料的重为500N
C.石料的密度为2.8×103kg/m3 D.石料的密度为3.2×103kg/m3
【答案】AC
【解析】本题需要用密度公示与阿基米德原理求解.当石块没有浸入水中时,拉力等于重力,即:F=G=1400N,故A正确;
根据G=mg得到石料的质量:m=G/g=1400N/10N/Kg=140 Kg
当石块全浸入后,拉力等于重力减去浮力,
F浮=G- F1=1400N-900N=500N
根据阿基米德原理,F浮=ρ水gV排得
V排=F浮/ρ水g= 500N/1.0×103kg/m3×10N/Kg=5×10-2m3
因为石料完全浸没,V石=V排=5×10-2m3
据ρ=m/v可知,石料的密度据ρ=140 Kg/5×10-2m3=2.8×103kg/m3,故C正确.
二、填空题
5.甲、乙两小车同时同地向东匀速直线运动,它们的s—t图像如图13所示。甲车的速度为 ,5s时两车相距 。以甲车为参照物,乙车向 运动。
【答案】0.2m/s;0.5m;西。
【解析】(1)匀速直线运动的路程s与运动时间t成正比,s-t图象是一条倾斜的直线,由图象找出甲乙的路程s与所对应的时间t,由速度公式可求出甲乙的速度,然后比较它们的大小关系;
根据甲、乙速度和运动时间,得到运动的路程,进一步得到两车距离。
读图可知,经过6s,甲运动了1.2m,乙运动了0.6m,
则甲的速度:v甲=s甲/t=1.2m/6s=0.2m/s
乙的速度:v乙= s乙/t=0.6m/6s=0.1m/s
所以,v甲>v乙;
经过5s,两车通过的路程分别为:
s甲′=v甲t′=0.2m/s×5s=1m,s乙′=v乙t′=0.1m/s×5s=0.5m
此时两车相距:△s=1m-0.5m=0.5m
(2)首先根据甲乙的速度关系判断两物体的位置关系,然后以甲为参照物,判断乙的运动状态。
由于甲、乙两车同时同地向东做匀速直线运动,所以,同一时刻甲在乙的前面向东运动,如果以甲为参照物,则乙向西运动。
6.某同学在“探究凸透镜成像规律”的实验中,绘制了如图所示的图象(v表示像到凸透镜的距离,u表示物体到凸透镜的距离),用该凸透镜作放大镜使用时,被观察的物体到透镜的距离在_______m以内;把物体从距凸透镜5cm处移动到距凸透镜20cm处的过程中,像的大小将______(选填“变大”、“变小”“先变小再变大”、“先变大再变小”).
【答案】0.05;变小
【解析】(1)由图像可知,当物距:u=10cm时,像距:v=10cm,即u=v,∴焦距:,∴用该凸透镜作放大镜使用时,被观察的物体到透镜的距离在0.05m以内;
(2)根据凸透镜成实像时,遵循“物远像近”即物体远离凸透镜时,所成像变近,像变小,∴把物体从距凸透镜5cm处移动到距凸透镜20cm处的过程中,像的大小将变小.
7.如图所示为物体的质量—体积图像。根据图像信息可以得出甲物体的物质密度
是_______kg/m3;当两物体的质量均为1.8g时,乙物体的体积为______cm3。
【答案】2.7g/cm3 ; 2cm3。
【解析】从图像看出,当物体甲的体积为V=1cm3时,质量为m=2.7g.
根据密度公式ρ=m/v
得到ρ1=m1/v1= 2.7g/1cm3=2.7g/cm3=2.7×103kg/m3
从图像还可以看出,当乙物体体积为v2=3 cm3时,质量为m2=2.7g
所以乙物体物质密度为
ρ2=m2/v2= 2.7g/3cm3=2.7g/cm3=0.9×103kg/m3
所以当乙物体质量为m3=1.8g,体积设为v3,根据密度公式变形得到
V3=m3/ρ2=1.8g /0.9×g/cm3=2cm3
8.如图甲所示,水平地面上的物体,受到方向不变的推力F的作用,其F﹣t和v﹣t的图象分别如图乙、丙所示.由图象可知,0~3s内,推力对物体做功 J;t=5s时,物体受到的摩擦力是 N.
【答案】0;6.
【解析】v﹣t图象、F﹣t图象相结合,判断出物体各段运动状态,根据平衡状态中二力平衡找出力的大小是本题的关键所在.从速度图象中分析0﹣3s时物体的速度大小可得出物体此时所处的状态,然后根据做功的两个必要条件分析解答;首先从速度图象中9﹣12s得出物体匀速直线运动.然后对应的从F﹣t图象中得出物体所受的摩擦力;最后根据摩擦力的影响因素判断出t=5s时物体受到的摩擦力大小.
(1)由丙图知:0~3s内物体的速度大小为零,物体处于静止状态,有力无距离,所以,推力对物体做功0J.
(2)由丙图知,9﹣12s时,物体匀速运动,
由乙图知,9﹣12s时,F=6N,
所以摩擦力与推力F平衡,大小为6N.
3﹣6s之间,物体加速运动,受力不平衡,推力大于摩擦力;但由于物体对地面的压力和接触面的粗糙程度没有改变,所以摩擦力大小不变;即仍为6N.
9.把1kg的水从60℃开始加热至沸腾,温度随时间变化的图像如图,由图像可知,水的沸点是 ℃;水从70℃加热至90℃需要吸收的热量是 J;水沸腾时,水面上方的气压 一个标准大气压(最后一空选填“大于”“小于”或“等于”)。[C水=4.2×103J/(kg·℃)]
【答案】98;8.4×104;小于。
【解析】(1)根据液体沸腾的特点找到沸点:液体沸腾时不断吸收热量,温度保持不变,这个不变的温度是液体的沸点。
(2)知道水的质量、水的比热容、水的初温和末温,利用吸热公式Q吸=cm△t求水吸收的热量;
(3)1标准大气压下水的沸点是100℃.沸点跟气压有关,气压越高,沸点越高。
由图可知,水沸腾时,不断吸收热量,保持98℃不变,所以98℃是水的沸点。
水吸收的热量:
Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×1kg×(90℃-70℃)=8.4×104J;
1标准大气压下水的沸点是100℃.沸点跟气压有关,气压越高,沸点越高。实验中水的沸点是98℃,所以实验时气压小于1标准大气压。
10.如图是电阻A、B的I﹣U图象。由图可知:B电阻的阻值是 Ω;将电阻A、B串联后接入电路,当通过A的电流为0.3A时,A和B两端的总电压是 V;将电阻A、B并联后接入某电路,当通过B的电流为0.2A时,A两端的电压是 V。
【答案】10;4.5;2.0
【解析】(1)由图象可知,A、B两元件是定值电阻,由I=U/R的变形式R=U/I可知,
B的电阻:RB= UB / IB =2.0V/0.2A=10Ω;
(2)因串联电路中各处的电流相等,
所以,通过A的电流为0.3A时,通过B的电流也为0.3A,
由图象可知,通过AB两端的电压分别为UA=1.5V,UB=3V,
因串联电路中总电压等于各分电压之和,
所以,A和B两端的电压总和:
UAB=UA+UB=1.5V+3V=4.5V;
(2)因并联电路中各支路两端的电压相等,
所以,将A、B并联后接入电路中时,它们两端的电压相等,
由图象可知,当通过B的电流为0.2A时,两端的电压为2.0V,也是A两端的电压。
三、综合计算题
11.杯盛某种液体,测得液体体积V和液体与量杯共同质量m的关系如图所示,由图求:
量杯的质量是多少克?
该液体的密度是多少?
(3)当液体的体积为50时,液体的质量为多少?
【答案】(1) m=40g(2)1g/cm3 (3)50g
【解析】(1)图象的横轴表示液体的体积,纵轴表示液体与量杯共同质量,当液体体积等于0时,质量就只有空量杯的质量了,由图象知,空量杯的质量m=40g(2)该液体的密度是ρ液体=m液体/V液体=60g/60cm3=1g/cm3
(3)液体的质量m=ρV=1g/cm3×50cm3=50g
12.将平底薄壁直圆筒状的空杯,放在饮料机的水平杯座上接饮料。杯座受到的压力F随杯中饮料的高度h变化的图象如图o饮料出口的横截面积S1=0.8cm2,饮料流出的速度v=50cm/s,杯高H=10cm,杯底面积S2=30cm2,g取10N/kgo
(1)装满饮料时,杯底受到饮料的压力为多大?
(2)饮料的密度为多大?
(3)设杯底与杯座的接触面积也为S2,饮料持续流入空杯5s后关闭开关,杯对杯座的压强为多大?
【答案】(1)3.6N;(2)1.2×103kg/m3;(3)1.1×103Pa。
【解析】(1)由图可知空杯对杯座的压力:F0=0.9N;
装满饮料时,杯对杯座的压力:F1=4.5N;
因杯子为平底薄壁直圆筒状,
所以杯底受到饮料的压力:F=F1﹣F0=4.5N﹣0.9N=3.6N。
(2)饮料的质量:m====0.36kg;
杯中饮料的体积:V=S2H=30cm2×10cm=300cm3=3×10﹣4 m3;
则饮料的密度:ρ===1.2×103kg/m3;
(3)饮料持续流入空杯5s,则流入杯中饮料的质量:
m1=ρS1vt=1.2×103kg/m3×0.8×10﹣4 m2×0.5m/s×5s=0.24kg;
此时饮料对杯底的压力:F2=m1g=0.24kg×10N/kg=2.4N,
此时杯对杯座的压强:p===1.1×103Pa。
13.用弹簧测力计悬挂一实心物块,物块下表面与水面刚好接触,如图甲所示。从此处匀速下放物块,直至浸没于水中并继续匀速下放(物块未与水底接触)。物块下放过程中,弹簧测力计示数F与物块下表面浸入水的深度h的关系如图乙。g取10N/kg,水的密度是1.0×103kg/m3.求:(1)物块受到的重力;(2)物块完全浸没在水中受到的浮力;
(3)物块的密度。
【答案】(1)物块受到的重力为18N;
(2)物块完全浸没在水中受到的浮力为8N;
(3)物块的密度为2.25×103kg/m3。
【解析】(1)由图可知,物体浸入水中时测力计示数为18N,故物体的重力为G=18N;
(2)物体全部浸入水中时,测力计的示数为F=10N,则在水中受到的浮力为F浮=G﹣F=18N﹣10N=8N,
(3)由F浮=ρ液gV排得,物体的体积为:V=V排= F浮/ρ液g,
物体的重力为G,质量为m=G/g,
则物体的密度为:ρ=m/V=Gρ水/F浮=18N×1.0×103kg/m3/8N=2.25×103kg/m3。
13.如图甲所示,物体重500N,某人用F=400N平行于斜面的拉力使物体沿斜面向上做直线运动,其路程随时间变化的图象如图乙所示.
(1)物体运动的速度多大?
(2)10s内人对物体做了多少功?功率多大?
(3)10s内人对物体做了多少有用功?
【答案】(1)物体运动的速度为1.2m/s;
(2)10s内人对物体做了4800J功;功率为480W;
(3)10s内人对物体做了3000J有用功.
【解析】本题考点有功的计算;有用功和额外功;功率的计算.
根据图象读出10s时物体运动的路程,利用v=s/t可求速度;知道10s物体运动的路程,又知拉力大小,利用W=Fs计算10s内人对物体做的功,再利用P=W/t计算功率;利用相关数学知识求出10s物体上升的高度,利用W=Gh计算有用功.
(1)由图可知,物体运动的图象是一条斜线,表明物体做匀速直线运动,并且10s时,运动的路程是12m,
则物体运动的速度v=s/t=12m/10s=1.2m/s;
(2)10s内人对物体做的功:W=Fs=400N×12m=4800J;
功率:P=W/t=4800J/10s=480W;
(3)10s内运动的路程是12m,
根据直角三角形中,30°角所对直角边是斜边的一半可知,10s时物体上升的高度为h=12m/2=6m,
则10s内人对物体做的有用功:W有用=Gh=500N×6m=3000J.
14.某同学设计了一个利用如图1所示的电路来测量海水的深度,其中R1=2Ω是一个定值电阻,R2是一个压敏电阻,它的阻值随所受液体压力F的变化关系如图2所示,电源电压保持6V不变,将此压敏电阻用绝缘薄膜包好后放在一个硬质凹形绝缘盒中,放入海水中保持受力面水平,且只有一个面积为0.02m2的面承受海水压力。(设海水的密度ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
(1)当电流表示数为0.2A时,求压敏电阻R2的阻值;
(2)如图2所示,当压敏电阻R2的阻值为20Ω时,求此时压敏电阻R2所在深度处的海水压强;
(3)若电流的最大测量值为0.6A,则使用此方法能测出海水的最大深度是多少?
【答案】(1)当电流表示数为0.2A时,压敏电阻R2的阻值为28Ω;
(2)当压敏电阻R2的阻值为20Ω时,压敏电阻R2所在深度处的海水压强为2×106Pa;
(3)若电流的最大测量值为0.6A,则使用此方法能测出海水的最大深度是500m。
【解析】(1)由I=可得,当电流表示数为0.2A时电路的总电阻:
R总===30Ω,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,压敏电阻R2的阻值:
R2=R总﹣R2=30Ω﹣2Ω=28Ω;
(2)当压敏电阻R2的阻值为20Ω时,由图2可知,压敏电阻受到的压力F=4×104N,
此时压敏电阻R2所在深度处的海水压强:
p===2×106Pa;
(3)当电流表的示数I′=0.6A时,使用此方法能测出海水的深度最大,
此时电路的总电阻:
R总′===10Ω,
此时压敏电阻的阻值:
R2′=R总′﹣R2=10Ω﹣2Ω=8Ω,
由图2可知,压敏电阻受到的压力F′=10×104N,
此时压敏电阻R2所在深度处的海水压强:
p′===5×106Pa,
由p=ρgh可得,使用此方法能测出海水的最大深度:
h===500m。
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